CN105121045A - 冷却设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种控制滚轧机的一个或多个工作辊（8）的表面轮廓的方法包括以基本恒定的流速向喷嘴（23）供应低温冷却剂（20）以及控制（58）气体供应（57）以向低温冷却剂供应气体（24）。如果由工作辊（8）的表面处的冷却剂提供的冷却能力大于所需的冷却能力，则控制向冷却剂的气体供应，使得液体冷却剂（20）在被从喷嘴喷洒到工作辊的表面上之前被气体雾化（27）。如果由工作辊的表面处的冷却剂提供的冷却能力小于所需的冷却能力，则控制气体供应，使得冷却剂（20）被作为液体（26）从喷嘴供应到工作辊的表面。

Description

冷却设备和方法

技术领域

本发明涉及用于滚轧机工作辊的冷却、特别是用于轧铝中的低温冷却的方法和设备。

背景技术

为了跨滚轧条的宽度提供平整度控制，必须能够跨辊的宽度控制冷却。

在GB2012198中描述了跨工作辊的宽度改变加热和/或冷却的方法的示例，其中提供了可调整液体射流阵列。大多数现有系统使用基于煤油或水的冷却剂，但GB2466458描述了一种使用低温冷却剂的系统。

虽然可以使用常规的阀，类似于被用于基于煤油或水的冷却剂的那些阀，但在低温冷却剂的情况下实际上涉及到许多困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种在使用低温冷却剂时控制冷却的更简单且更可靠的方法。

根据本发明的第一方面，一种控制滚轧机的一个或多个工作辊的表面轮廓的方法包括以基本恒定的流速向喷嘴供应低温冷却剂；以及控制气体供应以向低温冷却剂供应气体，由此，如果由工作辊的表面处的冷却剂提供的冷却能力大于所需的冷却能力，则控制向冷却剂的气体供应使得液体冷却剂在被从喷嘴喷洒到工作辊的表面上之前被气体雾化；并且如果由工作辊的表面处的冷却剂提供的冷却能力小于所需的冷却能力，则控制气体供应，使得冷却剂被作为液体从喷嘴供应到工作辊的表面。

如果冷却能力是正确的，则不进行改变。否则，当需要显著的冷却时，直接地从流体出口向工作辊上喷洒非雾化的液体射流，但是当几乎不需要冷却以将工作辊保持在期望温度范围内时，接通气体供应并使流体出口处的液体雾化，使得雾化的喷雾被喷洒到工作辊上。到区域中的每个喷嘴的液体流保持基本相同，但是来自喷嘴的雾化喷雾的冷却效果显著小于非雾化液体射流的冷却效果。

优选地，该方法还包括将关于工作辊轮廓的数据与参考数据相比较；并根据该比较的结果来调整气体供应。

可以与参考数据相比较来控制操作条件对工作辊轮廓的影响，以允许根据需要来调整冷却能力。

优选地，只有当比较的结果相差超过预定范围时，才调整气体供应。

优选地，该数据包括滚轧条平整度测量结果。

优选地，该方法包括使用来自控制器中的条平整度传感器和平整度控制系统的反馈来导出关于工作辊轮廓的数据；以及然后控制向冷却剂的气体供应。

在一个实施例中，最初，供应到一个或多个工作辊的表面的冷却剂的100%被雾化。

优选地，该方法还包括控制气体供应的控制机构的标记占空比以根据冷却要求来调整冷却。

在一个实施例中，冷却剂供应被划分成各区，每个区具有多个喷嘴和公共的气体供应，由此，每个区中的所有喷嘴以相同的方式向工作辊提供冷却剂。

对区中的多个喷嘴使用公共的气体供应确保从该区中的所有喷嘴供应的冷却剂采取雾化喷雾的形式，或者仍作为液体冷却剂，而不是区中的某些喷嘴供应液体而同一区中的其它喷嘴供应雾化喷雾。这提供更好的轮廓控制。

替代地，冷却剂供应被划分成各区，每个区具有多个喷嘴以及两个或更多气体供应，由此，在区内，来自至少一个喷嘴的冷却剂被雾化。

在单个区中使用多个气体供应给出了将来自某些而不是所有喷嘴的冷却剂雾化的可选方式。其优点是如果该区内的工作辊的非常小的区域需要减少的冷却量以改善轮廓，则其允许精细调节。

优选地，低温冷却剂包括氮。

根据本发明的第二方面，一种用于滚轧机的一个或多个工作辊的冷却设备包括：喷嘴，其用以接收低温冷却剂；来自喷嘴的流体出口，其用于向工作辊的表面供应低温冷却剂；气体供应；以及控制器，其用于控制气体从气体供应到低温冷却剂的供应，由此，所述设备适合于向工作辊的表面直接地供应液体，或者喷洒雾化液体在工作辊的表面处。

优选地，所述设备还包括至少一个传感器，其用于向控制器提供工作辊的表面处的冷却能力的效果的反馈。

优选地，所述传感器包括条平整度测量设备。

优选地，所述低温冷却剂包括液氮。

附图说明

现在将参考附图来描述根据本发明的方法和装置的示例，在附图中：

图1示出了用以向工作辊的表面供应冷却剂的常规喷雾喷嘴；

图2示出了一种装置，其中，多喷嘴集管可与低温阀和低温液体源一起使用；

图3示出了根据本发明的冷却设备的第一示例；

图4示出了根据本发明的冷却设备的第二示例；

图5示出了在使用图3的冷却设备的情况下旋转钢工作辊的温度如何随着时间而改变；以及

图6示出了图3和图4的冷却设备在原地与滚轧机的工作辊一起。

具体实施方式

图1示出了用于冷却铝滚轧机中的工作辊的常规喷雾系统，例如使用煤油或低温液体作为冷却剂。钢工作辊1被安装在轴2上以便在逆时针方向3或顺时针方向4上旋转。来自经由管道和阀（未示出）接收液体的供应集管5的液体流通过阀10并进入喷雾喷嘴集管9且然后通过喷嘴6，其产生将液体喷洒到工作辊的表面8上的射流7。供应集管5通常跨辊的宽度对所有区进行供应，并且针对每个冷却区存在至少一个阀10、区集管9和喷嘴6。射流7可以是扁平射流式或圆锥式或者柱式射流。

阀10可以是诸如在US4081141中描述的阀之类的比例类型的阀，其在一定值范围内调整流量，或者阀可以是开关类型的阀。

比例类型流量控制阀存在的一个问题是随着流量减小，阀的出口侧上的压力也减小。压力的变化改变喷雾型式7，并且这引起控制冷却方面的问题，特别是在喷雾型式7可能未适当地接触辊表面8的低流量下。低温冷却剂存在的另一问题是跨比例阀的压降趋向于产生大量气体，其改变了冷却效果。为此，大多数系统使用开关阀，因为当喷雾被接通时的喷雾型式更一致。使用开关阀来控制冷却的常见方法是以脉冲发射喷雾并控制标记占空比，如在GB2156255中所述的。一种替代方法是在每个区内具有多个阀，其中，每个阀供应不同尺寸的喷嘴，如在GB2012198中所述的。因此可以选择喷嘴的不同组合以调整总冷却流量。

然而，在使用低温流体时出于平整度控制目的，显著问题是这些阀要提供连续操作和平整度控制所需的大量的喷洒循环。在基于水或煤油的冷却系统中使用的阀不适合于用于低温液体，因为阀需要能够在非常低的温度下用低温流体进行操作并实现高的循环数。在非常低的温度下的材料的疲劳寿命导致阀在相对短的时间间隔内失灵。

US20080048047描述了控制低温液体通过低温喷嘴的流速的方法，其中，使用处于大于或等于低温液体压力的压力下的压力的节流气体来控制低温液体流速。气体压力的增加减小液体的质量流速。在具有多个喷嘴的喷雾管中，来自管的中心附近的喷嘴的液体流速可大于来自端部处的喷嘴的液体流速。

然而，本发明人已经发现即使利用能够在低温下操作的阀且达到高循环数，依然由于如下的事实而引起一部分问题，即当使用具有排成阵列的多个出口的喷嘴集管时，其平面基本垂直于供应液体冷冻剂的管道的轴线，在喷雾型式方面存在不一致。在图2中示出了其示例。从供应集管5通过阀10和管道12向喷雾喷嘴集管9供应诸如氮之类的液体冷冻剂的源。在本示例中，存在从低温液体的源敷设到集管9的背面的单个管道12。当位于供应集管5与喷雾喷嘴集管9之间的阀10打开时，液体通过多个喷嘴6a、6b均匀地流过阀和管道12并从集管流出来，以在工作辊1的表面8上给出期望的喷雾型式。然而，当阀被关掉时，仍有一些低温液体14留在喷雾喷嘴集管9中。随着喷雾喷嘴集管9中的低温液体变热，其蒸发并在喷雾喷嘴集管中产生压力，即使阀10被闭合也是如此。气体13聚集在集管的上部中，同时沸腾的液体14仍留在集管的下部中，因此气体通过上喷嘴6a冒出且液体从下喷嘴6b冒出。其后果是喷雾7a、7b的总冷却效果都是不可预测的并且对阀10的操作的响应缓慢。

因此，提出了一种冷却设备的新设计，其中，可以在工作辊表面的冷却水平之间切换，而不需要使用在低温温度下遭受疲劳的阀，或者其在冷却剂被关掉时促使喷嘴集管提供非均匀的喷雾型式。

在图3中示出了本发明的第一实施例，其中，包括来自低温集管21的低温液体20的冷却剂通过雾化喷嘴23中的孔口22。优选选项是使用氮作为低温液体。冷却剂被作为液体射流供应到工作辊1的表面8，否则液体在到达工作辊的表面之前被雾化，即液体射流分解成液滴。通过雾化而如此形成的液滴的尺寸取决于所供应的气体的速度。当气体供应24被关掉时，孔口22在辊表面8上产生常规的液体喷雾型式，诸如柱式射流或圆锥式射流。当期望在特定区中减小由喷雾产生的工作辊表面处的冷却能力时，接通气体供应，并且气体经过进口29而形成气雾25，当低温液体20从孔口22冒出，气雾25与低温液体20接触26。气体供应以及接通或关掉气体供应的阀并未处于低温温度下。其效果是使液体雾化，并且雾化喷雾27被喷洒到工作辊的表面8上。与当气体供应24关闭时由常规液体喷雾型式产生的液体与表面的直接接触相比，此雾化喷雾具有较少的冷却效果。Leidenfrost效应促使雾化液滴与热得多的表面接触而在表面与液滴之间形成一层蒸发气体，减少了液滴的冷却效果。作为对比，低温液体的射流足够强大以穿过蒸发气体层。通过将经过集管21和孔口22的液体流速总是基本保持恒定并将冷却剂到达辊的形式从液体改变到雾化喷雾，不存在获得不可预测且可变的冷却的风险，因为该区中的喷嘴的输出全部是液体或者全部是雾化喷雾，而不是如相对于图2所描述的可变且部分的结果。

在图4中示出了本发明的第二实施例。如前所述，包括来自低温集管21的低温液体20的冷却剂通过雾化喷嘴23中的孔口22。当气体供应24未被接通时，孔口22在工作辊表面8上产生常规的液体喷雾型式，诸如柱式射流或圆锥式射流。当期望减小特定区中的喷雾的冷却效果时，将气体供应接通，并且气体24通过进口29流至通向孔口22的出口30，使得气体与已经通过孔口22的第一部分到达该点30的液体20接触。在该点之后的孔口22的第二部分中，雾化喷雾27被通过喷嘴23向外喷洒到工作辊的表面8上。如上文所解释的，与当气体供应24关闭时由常规液体喷雾型式产生的液体与表面的直接接触相比，此雾化喷雾具有较少的冷却效果。

在两个实施例中，当针对区中的喷嘴将气体关掉时，然后直接地向辊上供应低温液体，并且这产生高的热传递。然而，当气体被接通时，液体被雾化，并且雾化液体的喷雾具有明显降低的冷却能力。在某些情况下，雾化喷雾的冷却效果可接近于零。因此，开启和关闭气体具有在高（直接地流体射流）和低（雾化喷雾）之间切换冷却能力的效果，但是通过该区中的喷嘴的液体流量基本保持相同，而不需要每个区中的液体流量的单独控制。因此，通过根据在特定区处需要更多还是更少的冷却而在特定区中将气体供应接通或关掉，仍可按区来控制冷却能力以获得工作辊的期望形状控制，但是不存在液体流量的变化，其跨所有的区是一致的，无论需要较高还是较低的冷却效果。切换控制气体是简单的，并且可用能够以高循环数操作的常规阀来实现，诸如隔膜类型的阀。每个区具有单独的一个或多个控制阀以允许适当地控制每个区中的冷却效果。使用非低温气体来使低温液体雾化，可以使用常规阀来接通和关掉气体供应，因此避免了使用适应于低温条件的阀的成本和可靠性问题。进口29通常是有角度的，使得气体进入喷嘴的孔口22或出口（取决于实施例）并以与孔口22的纵轴线的小于90度、更典型地在40和50度之间的角度与液体流混合，以使液体雾化。控制器可存储用于气体供应阀的预定的标记占空比以产生指定量的冷却能力。

雾化喷嘴中的气体和液体的混合可在内部或者在外部进行，如图3和4中所示。通常，以比液体更高的压力供应气体。通过改变气体和液体的压力、流量和温度的相对值，定义冷却的效果。

图5示出了接通和关掉控制气体供应从而改变施加于旋转钢工作辊（类似于在铝的滚轧中所使用的那些）的低温液体的冷却效率对辊温度的影响。该温度是以摄氏度为单位的旋转辊的温度，以规则的时间间隔获取样本。理想地，气体压力比液体压力高得多，但是情况不必始终如此。根据液体的选择，气体压力可以是液体压力的4至14倍之间的任何值。在本发明中，气体供应可以是液体供应的仅0.7至0.9倍。相对于液体压力而言的较高气体压力允许辊更快速地升温。出于测试目的，在内部将辊加热至代表性温度，并且使用雾化喷嘴将低温液体喷洒到表面上，但气体供应24被关掉。最初，温度是恒定的，因为存在稳态。对于本示例而言，温度范围在72.0C与72.2C之间。一旦气体供应在标记为41的点处被接通，则温度上升至73C，因为在工作辊的表面上存在较少的冷却效果。在标记为42的点处，将气体供应关掉。随着液体的冷却效率增加，温度下降。在标记为43的点处，又将气体供应24开启，冷却效率降低且温度再次上升。

图6示出了本发明的雾化喷嘴（例如图3和4的实施例）在滚轧机中的使用。将要被滚轧的金属条50通过工作辊8的压区，工作辊8具有相应的支承辊52。滚轧条然后在引导辊53上经过。经由低温集管21和管道22，从储存器54为包括雾化喷嘴23的冷却系统供应低温液体，储存器54由被设定在恒定设置上的阀56控制。可在条50的上面和下面均提供冷却。气体储存器57经由控制线63在控制器59的控制下通过单独控制阀58向喷嘴23供应气体24。每个集管具有多个喷嘴23、用于每个喷嘴的控制阀58、以及用于每个集管21的单个气体供应57。每个喷嘴仅对工作辊8的单个区进行喷洒。控制器可经由输入端从操作员中的一者或两者接收数据，或者经由线路61从形状计62接收反馈，并将其用来调整气体流量和因此的喷雾从喷嘴23到工作辊上的冷却效果。

本发明的冷却设备不仅控制无论是液体还是雾化喷雾或者甚至仅仅是处于足够高的压力下的控制气体到达工作辊，而且允许控制液滴尺寸，使得与现有技术系统相比可以进行更精细的冷却控制。通过调整与低温液体相交互的气体供应的压力，可改变在雾化期间形成的液滴的尺寸。如此形成的液滴越小，则工作辊表面处的冷却能力越低。

Claims (14)

1.一种控制滚轧机的一个或多个工作辊的表面轮廓的方法，所述方法包括以基本恒定的流速向喷嘴供应低温冷却剂；以及控制气体供应以向低温冷却剂供应气体，由此，如果由所述工作辊的表面处的冷却剂提供的冷却能力大于所需的冷却能力，则控制向冷却剂的气体供应使得液体冷却剂在被从喷嘴喷洒到工作辊的表面上之前被所述气体雾化；并且如果由所述工作辊的表面处的冷却剂提供的冷却能力小于所需的冷却能力，则控制所述气体供应，使得冷却剂被作为液体从所述喷嘴供应到所述工作辊的表面。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括将关于工作辊轮廓的数据与参考数据相比较；并根据所述比较的结果来调整所述气体供应。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，只有当比较的结果相差超过预定范围时，才调整所述气体供应。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，所述数据包括滚轧条平整度测量结果。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，所述方法包括使用来自控制器中的条平整度传感器和平整度控制系统的反馈来导出关于工作辊轮廓的数据；以及然后控制向冷却剂的气体供应。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，最初，供应到一个或多个工作辊的表面的冷却剂的100%被雾化。

7.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括控制所述气体供应的控制机构的标记占空比，以根据冷却要求来调整冷却。

8.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，冷却剂供应被划分成各区，每个区具有多个喷嘴和公共的气体供应，由此，每个区中的所有喷嘴以相同的方式向工作辊提供冷却剂。

9.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，冷却剂供应被划分成各区，每个区具有多个喷嘴以及两个或更多气体供应，由此，在区内，来自至少一个喷嘴的冷却剂被雾化。

10.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述低温冷却剂包括液氮。

11.一种用于滚轧机的一个或多个工作辊的冷却设备，所述设备包括：

喷嘴，用以以基本恒定流速接收低温冷却剂；

来自所述喷嘴的流体出口，其用于向工作辊的表面供应低温冷却剂；

气体供应；以及

控制器，其用于控制气体从所述气体供应到所述低温冷却剂的供应，由此，所述设备适于从所述喷嘴向所述工作辊的表面直接地供应液体，或者从所述喷嘴喷洒雾化液体在所述工作辊的表面处。

12.根据权利要求11所述的设备，还包括至少一个传感器，其用于向控制器提供所述工作辊的表面处的冷却能力的效果的反馈。

13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述传感器包括条平整度测量设备。

14.根据权利要求11至13中的任一项所述的设备，其中，所述低温冷却剂包括液氮。